预应力混凝土曲线连续箱梁设计研究.pdf

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第40卷第18期山西建筑Vo1．40No．182014年6月SHANXIARCHITECTUREJun．2014·203·文章编号：1009—6825(2014)18—0203—02预应力混凝土曲线连续箱梁设计研究徐金帅黄莉(1．中铁工程设计咨询集团有限公司郑州设计院，河南郑州450001；2．吉林铁道职业技术学院，吉林吉林132000)摘要：结合工程具体设计要求，依据现行铁路规范规定和要求，采用MIDAS有限元程序建立空间有限元模型进行结构分析检算，阐述了预应力混凝土曲线连续箱梁设计过程中参数的选取方法及需要考虑的因素和控制重点，以确保结构的性能安全。关键词：预应力混凝土，连续箱梁，设计中图分类号：U448．215文献标识码：A1结构体系沿径向根据曲率进行相应调整，支座、桥墩亦按径向布置。本桥采用(40+64+40)m预应力连续箱梁跨越既有沟壑，位!垫135．225．，225．135于平面曲线半径为R=800m的线位处。箱梁横截面采用单箱单室直腹板形式。边支座中心线至梁端0．7m，梁全长145．4In。中跨支点梁高5．0m，跨中及边跨支点梁高3．0nl。梁高沿纵向按二次抛物线变化。中跨2．0m长合龙段、边跨2．0nl长合龙段及7．7Ill长现浇段。箱梁顶宽7．2m，箱宽3．8m，为满足连续梁支座安装的需要，中跨支点箱梁底宽加宽至4．8m，边跨支点不加丰!Q．宽。箱梁顶板厚度为32cm，底板厚度由支点处8013m至1／4跨渐卜一变为40cm；腹板厚度8Ocm～60cm～40cm，箱内顶板处设70cmx图2边支点断面图(单位：caJ28em梗胁，底板处设30cm×30cm梗胁。全梁支座处及中跨跨2计算模型中共设置5个横隔板，在中支点处横隔板厚160cm，边支座处横采用MIDAS程序建立空间有限元模型进行施工阶段及运营隔板厚120cm，跨中处横隔板厚50cm。横隔板及梁端部设置进阶段分析，计算时计列重力、预应力、收缩徐变、体系温度、支座不人孔洞，箱内设泄水孔，腹板设通风孔。中支点及边支点断面图均匀沉降、中活载等荷载对结构的作用，分析结构内力、应力、强见图1，图2。度及变形等。!全桥共分为166个单元，175个节点。计算模型及支承情况135．225．，225．135如图3，图4及表1所示。图3曲线梁(R=800)模型图70040000700l．140000l64000I．H。—曲线外侧l480—,~4萤I图1中支点断面图(单位：cm)曲线内侧f曲线梁按曲线曲做设计。梁体沿横截面中心线对称布置，相I应的梁体纵向轮廓尺寸均为沿梁体中心线的展开尺寸，梁体轮—廓、普通钢筋、预应力钢柬及管道等均应以梁体中心线为对称线图4曲线梁(R=800)支座布置图(单位：mm)表1曲线梁(R=800)支座参数支座位置支座规格支座反力顺桥向活动量横桥向活动量部件尺寸／IBm地脚螺栓套筒kNABCDEFH尺寸／mmlTGPZ-DT~000一DX-el50-0．1g·F5O001501096064086o4205lO620l85,i,6o×3002TGPZ-DT~000·ZX-el50-0．1g·F5O0015OOl0256409304205l0620185+60×3003TGPZ—DT-17500-HX-0．1gF1750001014001155l23079o930l135265出105×4004TGPZ—DT-17500-GD-0．1g-Fl75oo00l270l15511o07909301l35265,hi05×4005TGPZDT-17500-DX-el50-0．1g-Fl7500150101475l15513oo7909301135265击105×4006TGPZ-DT-17500-ZX-e150—0．1g-Fl75oo150015801155l410790930l135265+1o5×4003荷载组合1)主力组合：恒载(一期、二期、预应力、收缩及徐变)、活载荷载组合分别以主力组合、主力+附加力进行组合，取最不(考虑列车竖向动力作用)、支座沉降、长钢轨纵向水平力等按照利组合进行设计，并对特殊荷载进行检算：规范要求组合；2)主力+附加力组合：主力、附加力(温度力、制动收稿日期：2014—04—16作者简介：徐金帅(1982一)，男，硕士，工程师；黄莉(1982一)，女，讲师 第40卷第18期·204·2014年6月山西建筑力、风荷载、离心力、横向摇摆力等)按照规范要求组合。6梁体模态分析曲线梁模型加载参数选取及加载布置详见表2。梁体的横向刚度应按梁体的横向自振频率和梁体的水平挠表2曲线梁计算参数选取及模型加载布置表度进行控制。预应力混凝土梁桥跨结构的横向自振频率，不得小荷载分类计算参数加载值于55／Lo。故本梁桥跨结构横向自振基频不得小于1．974。25kN／m0，考虑恒载增大系数1．04，实际设26自重计取值260kN／m’．0kN／m3．7箱梁横向分析预应力钢束采用符合国标GB5224预应力混顶板束：对箱梁进行横向内力及应力检算，计列要素如下：预应力凝土用钢绞线，抗拉标准强度为1860MPa、1246．2MPa，腹板及高强度低松弛7钢绞线底板束：1265．0MPa1)计列箱梁自重恒载、桥面道碴、线路设备，以及竖向预应力恒二期恒载考虑线路设备重、垫层、挡碴墙及人行道等载荷载q=80．8kN／m作用等产生的内力；2)计列特种活载，并考虑活载冲击系数产生的内力；3)计列温度变化及混凝土收缩产生的内力；4)计列日照支座沉降按隔墩沉降的最不利情况考虑，相邻两墩lcm支座不均匀沉降值不大于lcnl，竖直向下温差或寒流降温影响产生的内力；荷载组合分别以主力组合、主混凝土收标号强度：C50，相对湿度70％，理论厚度按力+附加力进行组合，取最不利组合进行设计：箱梁横截面内力缩、徐变<混规)6．3．4_3表列公式计算，混凝土开始设定相关参数主收缩时材龄：3d分析时，在跨中处顺桥向取1m长的箱形截面，按腹板底部支承力采用标准中一活载，考虑动力影响。动力的框架进行计算。中一活载系数按<基本规范>4．3．5公式计算，其中：中一活载h：0．65Il8T构悬臂施工安全性分析伸缩力升温引起的伸缩力，以固定墩为支点，伸缩7kN／Hi挂篮悬臂灌注施工前，墩顶处加设临时支座，以C50混凝土{升温)力向内布载及钢筋将箱梁0号梁段与墩身连接，形成临时锚固支座。检算不活伸缩力降温引起的伸缩力，以固定墩为支点，伸缩7kN／m载(降温)力向外布载平衡荷载工况组合如下：挠曲力按<铁路无缝线设计规范>要求布置荷载llkN／m组合一：单侧梁段自重增大5％+单侧梁段施工时多浇筑2m横向摇摆力列车横向摇摆力为活载主力，取100kN100kN混凝土+单侧梁底风力+单侧梁端梁段施工机具、人群不平衡荷离心力按(基本规范)4．3．6规定及公式计算，离l1载多150kg／m。心力为l1．34kN／m．34kN／m组合二：单侧挂篮作用，并考虑动力系数1．2。制动力按列车静活载的10％计算8．5kN／m以上述不平衡荷载及组合，检算梁体结构在施工中的安全眭。风力按照规范风荷载强度计算公式计算1．0kN／m附加温度力以悬臂施工中悬臂长度最大的T构为检算对象，对其进行悬(升温)整体升温35℃35℃力臂施工安全度检算。计算模型共分为140个单元，共144个节点，温(降度温力)整体降温-45℃一45℃梁体与墩临时固结，具体计算模型见图5。4施工阶段分析检算在预加应力的过程中，预应力钢筋在锚下的控制应力应符合下列条件：钢丝、钢绞线的锚下控制应力值。。=+≤0．7。在传力锚固或存梁阶段，计入构件自重作用后，混凝土的正应力应符合下列条件：1)压应力≤0．7；2)拉应力≤图5悬臂施工检算模型图0．7。本梁施工时混凝土强度已达到标准强度的90％，故压应9结语力允许值0．7=0．75×0．9×33．5=22．61MPa，拉应力允许值设计过程中要严格执行规范要求，综合分析结构控制指标，0．7Q=0．70×0．9×3．10=1．95MPa。根据对结构在各施工阶各项指标参数应严格控制在规范允许范围之内，保证结构性能安段的检算结果，确定施工阶段的安全性。全。具体开展工作中，应总体把握、细化分析，研究结构性能指5运营阶段分析检算标，全面评定结构性能，确保结构整体及局部性能满足各阶段安梁部结构运营阶段检算主要包括：正截面抗弯检算、运营阶全和应用要求。段正截面抗裂检算、运营阶段斜截面抗裂检算、运营阶段混凝土参考文献：压应力检算、运营阶段预应力钢筋拉应力检算、运营阶段混凝土[1]TB10002．1-2005，铁路桥涵设计基本规范[s]．剪应力检算。[2]TB10002．3-2005，铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结荷载组合分别以主力、主力+附加力进行组合，并考虑特殊构设计规范[s]．荷载作用，取最不利组合进行设计。[3]TB10015-2012，铁路无缝线路设计规范[S]．Researchoncurvedcontinuousboxgirderdesignofpre—stressedconcreteXUJin．shuai’HUANGLi(1．ZhengzhouDesignInstitute，ChinaRailwayEngineeringDesignConsultingGroupLimitedCompany，Zhengzhou450001，China；2．JilinRailwayCareerTechnicalCollege，以lin132000，China)Abstract：Combiningwiththespecificengineeringdesignrequirements，accordingtopresentrailWayspecificationsandrequirements，thispapermadestructuralanalysiscalculationusingMIDASfiniteelementsoftwareprogramsupervisionspacefiniteelementmodel，elaboratedtheparame—tersselectionmethodsandfactorsandcontrolkeypointsshouldpayattentiontoinpre—stressedconcretecurvedcontinuousboxgirderdesign，inordertoensurethesafetyofstructureperformance．Keywords：pre·stressedconcrete，continuousboxgirder，design